專利名稱：一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及纖維膜成型技術(shù)，特別是一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達(dá)到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過程為動(dòng)態(tài)過濾過程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長(zhǎng)期使用。過濾過程可在常溫、低壓下運(yùn)行，無相態(tài)變化，高效節(jié)能?！0003]中空纖維膜是分離膜的一種重要形式，外形像纖維狀，內(nèi)部中空具有自支撐作用。與其他形態(tài)的膜品種相比，中空纖維膜組件不占地，不耗費(fèi)能源，投資收益明顯，前景極為廣闊。傳統(tǒng)的中空纖維膜加工工藝中，分為高溫致相分離法(TIPS)和非溶劑致相分離法(NIPS)兩種。這兩種工藝各有獨(dú)特的加工特點(diǎn)，但前者加工設(shè)備偏大，操作溫度較高，較難控制；后者工藝中，大部分材料無法在常溫或微溫條件下，找到合適溶劑溶解成均相溶液，因此不能正常紡制中空纖維膜。目前，尚無一種中空纖維膜的紡絲機(jī)可以既使用高溫致相分離法和非溶劑致相分離法進(jìn)行紡制。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，該紡絲機(jī)把制膜工藝中的各裝置集成于一套設(shè)備中，提高了紡絲的便利性。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，包括攪拌裝置，所述攪拌裝置包括帶攪拌槳的攪拌軸和驅(qū)動(dòng)攪拌軸的攪拌電機(jī)；熔融脫泡裝置，所述熔融脫泡裝置包括反應(yīng)釜，所述攪拌軸從上方伸入反應(yīng)釜中且攪拌槳完全置于反應(yīng)釜內(nèi)，所述反應(yīng)釜上設(shè)有加熱裝置；擠壓噴絲裝置，所述擠壓噴絲裝置包括設(shè)置在反應(yīng)釜底端的齒輪泵，所述齒輪泵的進(jìn)口與反應(yīng)釜內(nèi)部連通，所述齒輪泵的出口處設(shè)有噴絲機(jī)構(gòu)，所述擠壓噴絲裝置還包括設(shè)置于反應(yīng)釜底端的鑄膜液計(jì)量裝置；凝固成型裝置，所述凝固成型裝置包括對(duì)出絲進(jìn)行降溫固化成型的水凝固槽；對(duì)凝固成型的纖維膜進(jìn)行紡絲收集的紡絲裝置。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反應(yīng)釜頂端連接有三通接口，所述三通接口包括連接加壓氮?dú)獾囊欢撕瓦B接抽真空裝置的另一端。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述加熱裝置包括圍設(shè)并緊貼于反應(yīng)釜外壁的多個(gè)加熱圈，所述加熱圈由上到下等間距分布，將反應(yīng)釜分成多段加熱區(qū)域。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述攪拌軸頂部的外周設(shè)有與反應(yīng)釜緊密貼合的密封面，所述密封面上設(shè)有密封圈槽，所述密封圈槽上安裝有密封圈。[0015]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鑄膜液計(jì)量裝置包括計(jì)量螺栓，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有通至噴絲機(jī)構(gòu)的鑄膜液通道，所述計(jì)量螺栓包括外露于反應(yīng)釜的螺栓頭和可擰入鑄膜液通道的螺桿，所述螺桿擰入鑄膜液通道的部分阻隔鑄膜液的流動(dòng)并與鑄膜液通道的內(nèi)壁形成供鑄膜液通過的計(jì)量通道。[0016]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述噴絲機(jī)構(gòu)包括噴絲板，所述噴絲板上設(shè)有噴絲頭，所述噴絲頭包括在側(cè)端的原液進(jìn)口和在頂端鑄膜液導(dǎo)流體，所述原液進(jìn)口連通噴絲頭的出絲口形成與鑄膜液分隔的原液通道。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述噴絲板上連接有一根或以上的噴絲板加熱棒。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反應(yīng)釜上設(shè)有熱電偶，所述熱電偶一端伸入反應(yīng)釜中與鑄膜液接觸，一端連接測(cè)量?jī)x器。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水凝固槽上設(shè)有引導(dǎo)滑輪組，所述引導(dǎo)滑輪組將擠壓噴絲裝置中的出絲引導(dǎo)至水凝固槽中冷卻成型后再引導(dǎo)至紡絲裝置中；所述引導(dǎo)滑輪組包括在水凝固槽內(nèi)部的定滑輪I和在水凝固槽尾部頂端的定滑輪II。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水凝固槽底部設(shè)有循環(huán)水出口。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型將中空纖維膜制膜工藝中所需的攪拌裝置、熔融脫泡裝置、擠壓噴絲裝置、凝固成型裝置和紡絲裝置集成于一套設(shè)備中，大大節(jié)省了紡絲機(jī)的占用空間，本實(shí)用新型將TIPS和NIPS兩種制膜工藝融合，使用TIPS法時(shí)，采用齒輪泵擠壓出絲，使用NIPS法時(shí)，配合鑄膜液計(jì)量裝置出絲，提高了紡絲的便利性。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖I是本實(shí)用新型的軸測(cè)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的主視圖；圖3是本實(shí)用新型攪拌裝置和反應(yīng)釜的裝配示意圖；圖4是本實(shí)用新型鑄膜液計(jì)量裝置的原理圖；圖5是本實(shí)用新型噴絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型凝固成型裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I-圖3所示，一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，包括攪拌裝置、熔融脫泡裝置、擠壓噴絲裝置、凝固成型裝置和紡絲裝置6。攪拌裝置包括帶攪拌槳的攪拌軸I和驅(qū)動(dòng)攪拌軸I的攪拌電機(jī)2，攪拌電機(jī)2的輸出軸和攪拌軸I通過聯(lián)軸器連接，該聯(lián)軸器為螺旋彈簧聯(lián)軸器。整個(gè)攪拌裝置呈豎直方向布置。融脫泡裝置包括反應(yīng)釜3，攪拌軸I從上方伸入反應(yīng)釜3中且攪拌槳完全置于反應(yīng)釜3內(nèi)，對(duì)反應(yīng)釜3內(nèi)的鑄膜液進(jìn)行攪拌混合。反應(yīng)釜3的外表面還設(shè)有加熱裝置，對(duì)鑄膜液進(jìn)行加熱脫泡處理。擠壓噴絲裝置包括設(shè)置在反應(yīng)釜3底端的齒輪泵4，齒輪泵4的進(jìn)口與反應(yīng)釜3內(nèi)部連通，齒輪泵4的出口處設(shè)有噴絲機(jī)構(gòu)。擠壓噴絲裝置還包括設(shè)置于反應(yīng)釜3底端的鑄膜液計(jì)量裝置。比較TIPS法和NIPS法兩種中空纖維膜制作工藝，前者鑄膜液粘度高，對(duì)反應(yīng)釜3抗壓性要求高，出絲較難；后者粘度低，常壓或微壓即可出絲，但不易計(jì)量精確。因此，在此裝置中采用齒輪泵4擠壓出絲方法，同時(shí)增加鑄膜液計(jì)量裝置，其目的是攻克兩種方法中的難點(diǎn)。使用TIPS法時(shí)，保持反應(yīng)釜3內(nèi)壓力O. 2^0. 3MPa，配合齒輪泵4擠壓出絲，大大降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，且降低高壓高溫的危險(xiǎn)性。使用NIPS法時(shí)，保持反應(yīng)釜3內(nèi)微壓狀態(tài)，配合鑄膜液計(jì)量裝置出絲，也是很大程度上，提高了紡絲的便利性。凝固成型裝置是進(jìn)行凝固浴的容器，包括水凝固槽5，對(duì)噴絲板13的出絲進(jìn)行降溫固化成型處理。紡絲裝置6主要是對(duì)凝固成型的纖維膜進(jìn)行紡絲收集，包括了紡絲主體和紡絲輪。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，反應(yīng)釜3頂端連接有三通接口 7，三通接口 7 —端連通反應(yīng)釜3內(nèi)部，一端連接灌裝了壓力氮?dú)獾匿撈?，最后一端連接有抽真空裝置，三通接口 7連通·加壓氮?dú)夂统檎婵昭b置的管道中均安裝了閥門。加壓氮?dú)饪梢酝ㄖ练磻?yīng)釜3內(nèi)，維持反應(yīng)釜3內(nèi)的壓力。另外，比較TIPS法和NIPS法，前者鑄膜液粘度高，溫度在200°C以上，很難脫泡；后者粘度低，溫度在60°C左右，較易脫泡。因此，抽真空裝置通過三通接口 7把反應(yīng)釜3內(nèi)抽負(fù)壓至-O. 098MPa，從而使氣泡在真空狀態(tài)下，較易較快的脫除。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，加熱裝置為圍設(shè)并緊貼于反應(yīng)釜3外壁的多個(gè)加熱圈8，加熱圈8由上到下等間距分布，將反應(yīng)釜3分成多段加熱區(qū)域。因?yàn)槿艄T膜液未充滿反應(yīng)釜3內(nèi)部，對(duì)反應(yīng)釜3未充滿鑄膜液的空腔部分進(jìn)行加熱很容易導(dǎo)致鑄膜液燒糊，所以不能對(duì)反應(yīng)釜3的整體進(jìn)行加熱，只能對(duì)低于鑄膜液液面的部分進(jìn)行加熱。反應(yīng)釜3外壁共有4個(gè)加熱圈8,鑄I旲液液面聞?dòng)谧钕旅娴募訜崛?時(shí),使用該加熱圈8加熱，液面聞?dòng)趶南峦蠑?shù)第二個(gè)加熱圈8時(shí)，下面兩個(gè)加熱圈8同時(shí)加熱，以此類推。反應(yīng)釜3內(nèi)有高溫有機(jī)溶劑蒸汽并需滿足O. 3MPa的密封壓力，因此，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，攪拌軸I頂部的外周設(shè)有與反應(yīng)釜3緊密貼合的密封面，密封面上設(shè)有密封圈槽9，密封圈槽9上安裝有密封圈10，從而大大提高了密封效果，從而很好的控制制膜所需壓力，如圖3所示。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，鑄膜液計(jì)量裝置包括計(jì)量螺栓22。反應(yīng)釜3內(nèi)設(shè)有通至噴絲機(jī)構(gòu)的鑄膜液通道11，計(jì)量螺栓22的螺栓頭外露于反應(yīng)釜3，其螺桿可擰入鑄膜液通道11中。螺桿擰入鑄膜液通道11的部分能有效的阻隔鑄膜液的流動(dòng)并與鑄膜液通道11的內(nèi)壁形成供鑄膜液通過的計(jì)量通道12，如圖4所示。使用NIPS法制絲時(shí)，主要通過計(jì)量螺栓22對(duì)出絲量進(jìn)行計(jì)量和控制，此時(shí)齒輪泵4可同時(shí)啟用，也可不啟用。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，噴絲機(jī)構(gòu)包括噴絲板13，噴絲板13上設(shè)有噴絲頭14，如圖5所示，噴絲頭14包括在側(cè)端的原液進(jìn)口和在頂端的鑄膜液導(dǎo)流體15，原液進(jìn)口連通噴絲頭14的出絲口形成與鑄膜液分隔的原液通道16。鑄膜液在鑄膜液導(dǎo)流體15的導(dǎo)流下，沿鑄膜液導(dǎo)流體15外壁往下流動(dòng)，原液通道16在鑄膜液導(dǎo)流體15內(nèi)部，原液流出原液通道16時(shí)被鑄膜液包裹,形成中空纖維膜結(jié)構(gòu)。如圖I-圖2所示，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，噴絲板13上連接有一根或以上的噴絲板加熱棒17。噴絲板加熱棒17根據(jù)需要對(duì)噴絲板13進(jìn)行加熱，從而更好的控制出絲的孔隙結(jié)構(gòu)。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，反應(yīng)釜3上設(shè)有熱電偶18，熱電偶18 —端伸入反應(yīng)釜3中與鑄膜液接觸，一端連接測(cè)量?jī)x器。使用者通過熱電偶18可以快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜3內(nèi)的鑄膜液溫度，從而調(diào)整接下來的工藝方案。如圖6所示，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，水凝固槽5為立方體型，其深度大于其寬度。水凝固槽5上設(shè)有引導(dǎo)滑輪組，引導(dǎo)滑輪組將擠壓噴絲裝置中的出絲引導(dǎo)至水凝固槽5中冷卻成型后再引導(dǎo)至紡絲裝置6中收集。引導(dǎo)滑輪組包括在水凝固槽5內(nèi)部的定滑輪I 19和在水凝固槽5尾部頂端的定滑輪II 20，通過引導(dǎo)滑輪組的設(shè)置，減少了一半以上凝固浴的占地面積，也大大減少的用水量。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，水凝固槽5底部設(shè)有循環(huán)水出口 21。因在NIPS法中，水凝 固槽5槽內(nèi)水的純度，對(duì)中空纖維膜的成品膜起關(guān)鍵性的影響，故此處增加循環(huán)水出口 21， 既方便操作者更換新水，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，又方便在非溶劑相更換其他溶劑配方，可以做到連續(xù)式配方優(yōu)化的作用。以上所述只是本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方式，其并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。
權(quán)利要求1.一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于包括 攪拌裝置，所述攪拌裝置包括帶攪拌槳的攪拌軸(I)和驅(qū)動(dòng)攪拌軸(I)的攪拌電機(jī)(2)； 熔融脫泡裝置，所述熔融脫泡裝置包括反應(yīng)釜(3)，所述攪拌軸(I)從上方伸入反應(yīng)釜(3)中且攪拌槳完全置于反應(yīng)釜(3)內(nèi)，所述反應(yīng)釜(3)上設(shè)有加熱裝置； 擠壓噴絲裝置，所述擠壓噴絲裝置包括設(shè)置在反應(yīng)釜(3)底端的齒輪泵(4)，所述齒輪泵(4)的進(jìn)口與反應(yīng)釜(3)內(nèi)部連通，所述齒輪泵(4)的出口處設(shè)有噴絲機(jī)構(gòu)，所述擠壓噴絲裝置還包括設(shè)置于反應(yīng)釜(3)底端的鑄膜液計(jì)量裝置； 凝固成型裝置，所述凝固成型裝置包括對(duì)出絲進(jìn)行降溫固化成型的水凝固槽(5); 對(duì)凝固成型的纖維膜進(jìn)行紡絲收集的紡絲裝置(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述反應(yīng)釜(3)頂端連接有三通接口(7)，所述三通接口(7)包括連接加壓氮?dú)獾囊欢撕瓦B接抽真空裝置的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述加熱裝置包括圍設(shè)并緊貼于反應(yīng)釜(3)外壁的多個(gè)加熱圈(8)，所述加熱圈(8)由上到下等間距分布，將反應(yīng)釜(3)分成多段加熱區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述反應(yīng)釜(3)頂部設(shè)有與攪拌軸(I)頂部的外周緊密貼合的密封面，所述密封面上設(shè)有密封圈槽(9)，所述密封圈槽(9)上安裝有密封圈(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述鑄膜液計(jì)量裝置包括計(jì)量螺栓(22)，所述反應(yīng)釜(3)內(nèi)設(shè)有通至噴絲機(jī)構(gòu)的鑄膜液通道(11)，所述計(jì)量螺栓(22)包括外露于反應(yīng)釜(3)的螺栓頭和可擰入鑄膜液通道(11)的螺桿，所述螺桿擰入鑄膜液通道(11)的部分阻隔鑄膜液的流動(dòng)并與鑄膜液通道(11)的內(nèi)壁形成供鑄膜液通過的計(jì)量通道(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述噴絲機(jī)構(gòu)包括噴絲板(13)，所述噴絲板(13)上設(shè)有噴絲頭(14)，所述噴絲頭(14)包括在側(cè)端的原液進(jìn)口和在頂端的鑄膜液導(dǎo)流體(15)，所述原液進(jìn)口連通噴絲頭(14)的出絲口形成與鑄膜液分隔的原液通道(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述噴絲板(13)上連接有一根或以上的噴絲板加熱棒(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述反應(yīng)釜(3 )上設(shè)有熱電偶(18 )，所述熱電偶(18 ) —端伸入反應(yīng)釜(3 )中與鑄膜液接觸，一端連接測(cè)量?jī)x器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述水凝固槽(5)上設(shè)有引導(dǎo)滑輪組，所述引導(dǎo)滑輪組將擠壓噴絲裝置中的出絲引導(dǎo)至水凝固槽(5)中冷卻成型后再引導(dǎo)至紡絲裝置(6)中；所述引導(dǎo)滑輪組包括在水凝固槽(5)內(nèi)部的定滑輪I (19)和在水凝固槽(5)尾部頂端的定滑輪II (20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或9所述的集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，其特征在于所述水凝固槽(5)底部設(shè)有循環(huán)水出口(21)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種集成式中空纖維膜紡絲機(jī)，包括攪拌裝置、熔融脫泡裝置、擠壓噴絲裝置、凝固成型裝置和紡絲裝置，所述擠壓噴絲裝置包括設(shè)置在熔融脫泡裝置的反應(yīng)釜底端的齒輪泵，所述齒輪泵的進(jìn)口與反應(yīng)釜內(nèi)部連通，所述齒輪泵的出口處設(shè)有噴絲機(jī)構(gòu)，所述擠壓噴絲裝置還包括設(shè)置于反應(yīng)釜底端的鑄膜液計(jì)量裝置。本實(shí)用新型將中空纖維膜制膜工藝中所需的攪拌裝置、熔融脫泡裝置、擠壓噴絲裝置、凝固成型裝置和紡絲裝置集成于一套設(shè)備中，大大節(jié)省了紡絲機(jī)的占用空間，本實(shí)用新型將TIPS和NIPS兩種制膜工藝融合，使用TIPS法時(shí)，采用齒輪泵擠壓出絲，使用NIPS法時(shí)，配合鑄膜液計(jì)量裝置出絲，提高了紡絲的便利性。
文檔編號(hào)D01D13/00GK202786552SQ20122039436
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者沈鵬 申請(qǐng)人:廣州中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究所